Calcule a entalpia de combustão do metano gasoso, em kJ por kg de combustível, a 25^circ C e 1 atm com água líquida nos produtos.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente precisa calcular a entalpia de combustão do metano gasoso, que é basicamente a quantidade de energia liberada quando o metano queima. A unidade pedida é em kJ por kg de combustível, e a temperatura é 25°C com pressão de 1 atm, produzindo água líquida. Para isso, vamos usar conceitos de química de combustão e entalpia de formação.

Passo 2

Primeiro, vamos escrever a equação balanceada da combustão do metano ( CH4). A combustão completa do metano com oxigênio ( O2) resulta em dióxido de carbono ( CO2) e água líquida ( H2O).
CH4(g) + 2,O2(g) CO2(g) + 2,H2O(l)

Passo 3

Agora, vamos usar as entalpias de formação padrão ( De) para cada substância envolvida na reação. Essas valores geralmente estão em tabelas de termodinâmica. Considerando os valores:
  • De de CH4(g) = -74,8 kJ/mol
  • De de O2(g) = 0 kJ/mol (elemento na forma padrão)
  • De de CO2(g) = -393,5 kJ/mol
  • De de H2O(l) = -285,8 kJ/mol

Passo 4

A entalpia de combustão ( De) é calculada pela diferença entre a soma das entalpias de formação dos produtos e a soma das entalpias de formação dos reagentes.
De
Substituindo os valores:
De

Passo 5

Vamos calcular dentro dos colchetes:
Para os produtos:
-393,5 + 2 times (-285,8) = -393,5 - 571,6 = -965,1 kJ/mol
Para os reagentes:
-74,8 + 0 = -74,8 kJ/mol
Então,
De

Passo 6

Esse valor de -890,3 kJ/mol representa a entalpia de combustão por mol de metano. Mas o exercício pede em kJ por kg de combustível. Precisamos converter isso.
Primeiro, vamos encontrar a massa molar do metano ( CH4):
  • Carbono ©: 12,01 g/mol
  • Hidrogênio (H): 1,008 g/mol × 4 = 4,032 g/mol
    Total: 12,01 + 4,032 = 16,042 g/mol

Passo 7

Agora, convertemos a entalpia por mol para por kg:
De
De

Resposta

A entalpia de combustão do metano gasoso é aproximadamente -55,55 kJ/kg.

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